JPH07260924A - シークラッタ抑圧方法 - Google Patents

シークラッタ抑圧方法

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JPH07260924A
JPH07260924A JP5126081A JP12608193A JPH07260924A JP H07260924 A JPH07260924 A JP H07260924A JP 5126081 A JP5126081 A JP 5126081A JP 12608193 A JP12608193 A JP 12608193A JP H07260924 A JPH07260924 A JP H07260924A
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泰夫 渡辺
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南海男 水城
Chogo Sekine
兆五 関根
Shuichi Hashimoto
修一 橋本
Masanori Sudo
正則 須藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 海上移動体に搭載するレーダにおいても、好
適にシークラッタを抑圧可能にする。 【構成】 信号処理部16において、海上の目標までの
距離Rの要因を受信電力に乗ずるか、メモリ上のデータ
のうち同一の距離Rに関するものを読み出すことによ
り、受信信号に含まれるシークラッタの振幅波高確率分
布がレイリー分布となるようにする。レイリー分布を有
するシークラッタを含んだ受信信号についてLOGCF
AR処理等を施す。ワイブル分布の形状パラメータC等
を予め得ることができない海上移動体においても、シー
クラッタを好適に抑圧できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、船舶等の海上移動体に
搭載されるレーダに関し、特に海面の波浪からの反射に
より受信信号において生じる雑音(シークラッタ)の抑
圧方法に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスレーダにおけるレーダ方程式は、
次のように表すことができる。
【0003】
【数1】 この式のうち、パルス尖頭出力Pt、アンテナ利得Gt
及び波長λは一定と考えることができる。また、従っ
て、目標までの距離Rが一定となるような状況下では、
受信電力Prは目標の有効反射断面積σのみの関数とな
る。
【0004】一方で、図2に示されるように水平飛行し
ている航空機に搭載したレーダから海面に向けてレーダ
ビームを照射した場合には、振幅波高確率分布がレイリ
ー分布となることが知られている。すなわち、アンテナ
のグレージング角(アンテナから目標を見込む角度。こ
こでは、アンテナから海面を見込む角度)を90゜とし
た場合、形状パラメータCが2のワイブル分布、すなわ
ちレイリー分布に従う振幅波高確率分布を有する受信信
号が得られる。図2の状況は、目標(海面)までの距離
Rが一定の状況であるから、このとき得られるレイリー
分布は、シークラッタの有効反射断面積σにより定まる
分布、言い換えればシークラッタの振幅波高確率分布で
あると見なすことができる。また、有効反射断面積σの
値は、距離Rの関数σ(R)で与えられる。例えば、水
平ビーム幅が無視できる程鋭い場合には、有効反射断面
積σは距離Rに無関係に海面の風波の状態により定まる
一定値であるが、水平ビーム幅を無視できない場合には
Rの1乗〜2乗に比例する値となる。
【0005】また、シークラッタの振幅波高確率分布
は、アンテナのグレージング角、中間周波数増幅器の種
類(線形か対数か)、受信機の利得、ビームによる海面
照射範囲等により、ワイブル、対数正規、レイリー等の
分布となる。この事実は、シークラッタの振幅波高確率
分布がレイリー分布であると仮定した次のようなシミュ
レーションで検証することができる。
【0006】まず、図3に示されるように、振幅確率分
布がレイリー分布(σ=1)を有する乱数λを発生させ
る。この図の横軸は振幅、縦軸はその分布である。
【0007】この乱数λを海面における波浪振幅として
用い、図4に示されるような設定でシミュレーションを
行うと、図5に示されるような受信信号振幅確率分布が
得られる。図4の状況は、グレージング角が5゜のアン
テナから幅1.4゜のビームを送信する状況である。レ
ーダ送受信機の高さが海面から87.5mである場合、
ビーム照射範囲は877〜1164mの範囲となる。ビ
ームの中心は1000m前方を照射している。ここに、
ビーム照射範囲である877〜1164mの範囲におい
て0.574m間隔で500個のサンプル点を定め、各
サンプル点における波浪振幅を乱数λとして発生させ
る。反射電力が波浪振幅に比例すると仮定すると、すな
わち前述のレーダ方程式中の有効反射断面積σに乱数λ
を代入すると、距離877〜1164mの範囲に亘る受
信電力Prが0.574m間隔でかつ500個のサンプ
ル点について得られる。得られた受信電力Prにレーダ
受信機の増幅度mを乗じたサンプル値の振幅は、図5に
示されるように分布する。
【0008】図5の分布は、概ね、レイリー分布に従っ
ている。これは、ビーム照射範囲が狭いことによる。よ
り極端な場合、例えばビーム幅がほとんど0であるよう
な極端に狭いビームを考えると、レーダ送受信機から海
面までの距離Rが一定となる。このことからも、ビーム
照射範囲が狭い場合に、シークラッタの振幅波高分布が
レイリー分布になると推測できる。
【0009】逆に、図6に示されるようにグレージング
角を2.5゜まで小さくすることによりビーム照射範囲
を1565〜2784mに広げると、シミュレーション
の結果は図7に示すようにC=1.4、b=0.8のワ
イブル分布となり、レイリー分布から外れてくる。な
お、シミュレーションの条件は、サンプル点の個数=1
219、サンプル点の間隔=1mである。ビーム照射範
囲をさらに広げ100〜5100mとし(サンプル点の
個数=5000、サンプル点の間隔=1m)、さらにレ
ーダ受信機の増幅特性を対数特性とした場合、シミュレ
ーションの結果は図8に示すようにC=1.3、b=3
1/2 のワイブル分布に近い分布となる。同じ条件で線形
増幅特性とした場合、図9に示されるように対数正規分
布に近い分布となる。
【0010】このようにして、シークラッタの振幅波高
確率分布がアンテナのグレージング角、中間周波数増幅
器の種類(線形か対数か)、受信機の利得、ビームによ
る海面照射範囲等に依存することが、明らかとなる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ワイブル分布は、形状
パラメータC等を用いてレイリー分布に変換することが
できる。従って、形状パラメータCを予め知ることがで
きれば、受信信号に含まれるシークラッタがレイリー分
布となるよう、受信信号に処理を施すことができる。レ
ーダ受信機の中間周波数増幅部が線形増幅特性を有して
いる場合、得られた受信信号を、例えば「レーダ信号処
理技術」、関根松夫、電子情報通信学会等の文献にその
機能が説明されているLOGCFAR回路に入力し、そ
の出力を逆対数変換回路を通すことにより、シークラッ
タを抑圧することができる。中間周波数増幅部が対数特
性の場合、LOGCFAR回路に代えCFAR回路を使
用する。LOGCFAR回路及びCFAR回路は、受信
信号に含まれるクラッタを抑圧する回路である。LOG
CFAR回路又はCFAR回路により好適にクラッタを
抑圧するためには、LOGCFAR回路又はCFAR回
路に供給される受信信号に含まれるクラッタの振幅波高
確率分布がレイリー分布でなくてはならない。
【0012】陸上移動体に搭載されるレーダのようにア
ンテナが固定されている場合(揺動しない場合)には、
振幅波高分布を測定調査することにより、シークラッ
タ、ウェザークラッタ等に係るワイブル分布のパラメー
タC及びbを定めることができる。しかし、海上移動体
に搭載されるレーダにおいては、形状パラメータCを予
め知ることができない。これは、船舶等においては監視
領域を特定できないことと、またローリング、ピッチン
グ等によってグレージング角が変動することによる。
【0013】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、ワイブル分布の形
状パラメータを特定できない場合においても使用可能な
シークラッタ抑圧方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第1の方法は、海上の目標までの距
離Rの要因を受信信号に乗ずることにより、シークラッ
タの振幅波高確率分布がワイブル分布からレイリー分布
になるよう変換処理を実行することを特徴とする。
【0015】本発明の第2の方法は、受信信号を記憶装
置上に一旦記憶した上で、海上の目標までの距離Rが同
一の受信信号を記憶装置から読みだすことにより、シー
クラッタの振幅波高確率分布がワイブル分布からレイリ
ー分布になるよう変換処理を実行することを特徴とす
る。
【0016】
【作用】本発明の第1の方法においては、受信信号に、
海上の目標までの距離Rの要因が乗ぜられる。例えばレ
ーダの水平面ビーム幅が無視できる程鋭い場合には距離
の4乗が乗ぜられる。また、クラッタからの有効反射断
面積σが距離Rの関数σ(R)である場合には、受信信
号に距離Rの2乗〜3乗が乗ぜられる。レーダ方程式の
分母にある距離の4乗は、この乗算処理により打ち消さ
れる。従って、乗算後の受信信号は、距離に依存しな
い、すなわち振幅波高分布がレイリー分布を有するシー
クラッタを含んだ信号となる。この信号を、中間周波数
増幅器が線形特性の場合にはLOGCFAR回路等に供
給し、さらにその出力を逆対数変換回路を通すことによ
り、シークラッタが好適に抑圧される。対数特性の場合
には、CFAR回路に供給することで、シークラッタが
好適に抑圧される。
【0017】また、本発明の第2の方法においては、受
信信号が記憶装置上に一旦記憶される。さらに、海上の
目標までの距離が同一の受信信号が、この記憶装置から
読みだされる。従って、同一の距離に係る受信信号列
は、距離に依存しない、すなわち振幅波高確率分布がレ
イリー分布を有するシークラッタを含んだ信号となる。
この信号をLOGCFAR回路、CFAR回路等に供給
することにより、シークラッタが好適に抑圧される。
【0018】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
【0019】図1に示されるのは、本発明の一実施例に
係るレーダの概略装置構成である。この装置において
は、送信部10において生成されたパルス信号が図示し
ないアンテナから所定の照射範囲に送信され、その反射
波がアンテナにより受信され、受信部12に供給され
る。この図の受信部12は、増幅、周波数変換、検波、
STC等、各種の処理を含むものである。受信部12か
ら出力される信号は、A/D変換部14によりディジタ
ルデータに変換され、信号処理部16において処理され
る。表示部18の画面上には、処理結果に基づき生成さ
れる映像信号に基づき、所定のモードでレーダ映像が表
示される。
【0020】この実施例が特徴とするところは、信号処
理部16の機能である。信号処理部16の機能は、受信
信号を表示部18の表示モードに応じて座標変換する処
理や、相関処理、LOGCFAR処理の他、本実施例が
特徴とするところのレイリー分布への変換処理を含んで
いる。
【0021】すなわち、本実施例においては、信号処理
部16において距離Rを用いたシークラッタ抑圧処理が
実行される。すなわち、レーダの受信電力は距離Rに依
存しておりまたシークラッタがどの様な分布になるかは
距離Rに依存しているから、距離Rに関する情報を用い
ることにより、予めワイブル分布の形状パラメータC等
を測定により求めることなく、受信信号中のシークラッ
タの振幅波高確率分布をワイブル分布からレイリー分布
に変換することができる。このような変換処理の後、受
信信号をLOGCFAR回路(線形特性受信機の場合)
又はCFAR回路(対数特性受信機の場合)により処理
すれば、シークラッタが抑圧された受信信号(データ)
が得られる。
【0022】この実施例において受信信号中のシークラ
ッタの振幅波高確率分布をワイブル分布からレイリー分
布に変換するために採用可能な手法としては、第1に、
受信電力Prの分母にある距離Rの要因が消失するよ
う、受信信号に乗算を施す手法がある。すなわち、受信
電力Prの距離依存性がこの乗算により消失するため、
受信信号中のシークラッタの振幅波高確率分布が、距離
Rに依存しない場合の振幅波高確率分布であるレイリー
分布となる。なお、乗算の際、受信機が飽和しないよ
う、レベル調整を行うのが好ましい。
【0023】第2に採用可能な手法としては、メモリを
用いる方法がある。信号処理部16は、A/D変換部1
4から供給されるデータ(受信信号)を記憶するための
メモリ等、各種のメモリを内蔵している。従って、A/
D変換部14から供給されるデータをメモリ上に一旦格
納しておいて、同一距離に係るデータを取り出すように
すれば、やはり、読み出されるデータは距離Rに依存し
なくなる。すなわち、受信信号中のシークラッタの振幅
波高確率分布が、距離Rに依存しない場合の振幅波高確
率分布であるレイリー分布となる。
【0024】この様に、本実施例によれば、海上移動体
のように予め形状パラメータC等を得ることができない
移動体に搭載されるレーダにおいても、シークラッタを
適正に抑圧可能となる。
【0025】なお、本発明は、図1に示される装置構成
に限定されるものではない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の方
法によれば、距離の要因を乗算することによりシークラ
ッタの振幅波高確率分布をレイリー分布に変換するよう
にしたため、ワイブル分布の形状パラメータを予め知る
ことができない場合でも、LOGCFAR回路等により
シークラッタを好適に抑圧可能になる。
【0027】また、本発明の第2の方法によれば、海上
の目標までの距離が同一の受信信号を記憶装置から読み
出すことによりシークラッタの振幅波高確率分布をレイ
リー分布に変換するようにしたため、ワイブル分布の形
状パラメータを予め知ることができない場合でも、LO
GCFAR回路等によりシークラッタを好適に抑圧可能
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るレーダの概略装置構成
を示すブロック図である。
【図2】グレージング角=90゜の状況を示す図であ
る。
【図3】レイリー分布に従った乱数λを示す図である。
【図4】アンテナの高さ=87.5m、グレージング角
=5゜、ビーム幅1.4゜、ビーム照射範囲877〜1
164mの状況を示す図である。
【図5】図4の状況について乱数λを用いサンプル点の
個数=500個、サンプル点間隔=0.574mでシミ
ュレーションを行った場合の受信信号の振幅確率分布を
示す図である。
【図6】アンテナの高さ=87.5m、グレージング角
=2.5゜、ビーム幅1.4゜、ビーム照射範囲156
5〜2784mの状況を示す図である。
【図7】図6の状況について乱数λを用いサンプル点の
個数=1219個、サンプル点間隔=1mでシミュレー
ションを行った場合の受信信号の振幅確率分布を示す図
である。
【図8】ビーム照射範囲を100〜5100mに広げ対
数増幅を行う場合について、乱数λを用いサンプル点の
個数=5000個、サンプル点間隔=1mでシミュレー
ションを行った場合の受信信号の振幅確率分布を示す図
である。
【図9】ビーム照射範囲を100〜5100mに広げ線
形増幅を行う場合について、乱数λを用いサンプル点の
個数=5000個、サンプル点間隔=1mでシミュレー
ションを行った場合の受信信号の振幅確率分布を示す図
である。
【符号の説明】
16 信号処理部 R 距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水城 南海男 東京都八王子市横川町918−77 (72)発明者 関根 兆五 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 橋本 修一 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内 (72)発明者 須藤 正則 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日本 無線株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 海上移動体から海面に向け電波を送信す
    ることによりシークラッタを含む信号を受信し、シーク
    ラッタの振幅波高確率分布がワイブル分布からレイリー
    分布に変換されるよう、得られた受信信号について変換
    処理を施し、変換処理が施された受信信号にシークラッ
    タ抑圧処理を施すことにより、受信信号中のシークラッ
    タを抑圧するシークラッタ抑圧方法において、 海上の目標までの距離の要因を受信信号に乗ずることに
    より、シークラッタの振幅波高確率分布がワイブル分布
    からレイリー分布になるよう変換処理を実行することを
    特徴とするシークラッタ抑圧方法。
  2. 【請求項2】 海上移動体から海面に向け電波を送信す
    ることによりシークラッタを含む信号を受信し、シーク
    ラッタの振幅波高確率分布がワイブル分布からレイリー
    分布に変換されるよう、得られた受信信号について変換
    処理を施し、変換処理が施された受信信号にシークラッ
    タ抑圧処理を施すことにより、受信信号中のシークラッ
    タを抑圧するシークラッタ抑圧方法において、 受信信号を記憶装置上に一旦記憶した上で、海上の目標
    までの距離が同一の受信信号を記憶装置から読みだすこ
    とにより、シークラッタの振幅波高確率分布がワイブル
    分布からレイリー分布になるよう変換処理を実行するこ
    とを特徴とするシークラッタ抑圧方法。
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Cited By (3)

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